最後更新於： 30th-4-2023
說起浮力，可能是每個剛開始學習自由潛水的人都在意的問題。有些人像救生圈似的一直浮在水面，有些卻如同巨石一樣死沉死沉，為什麼呢？是什麼問題呢？又該如何去改善和控制呢？一起來探討一下。
是什麼決定浮／沉？
「浮力 Buoyancy」可以根據「阿基米德原理」來解說，該原理是這樣說的：
浸在流體中的物體（全部或部分）受到豎直向上的浮力，其大小等於物體所排開流體的重力。
光看以上句子可能不太明白，先以它的典故來說說概念是怎麼樣。
『相傳敘拉古的赫農王讓工匠替他做了一頂純金的王冠。但是在做好後，遭人密報國王，金冠並非純金製作，因為工匠偷工減料，用白銀代替了黃金來打造王冠，但奇怪的是這頂王冠確與當初交給金匠的黃金一樣重，懊惱的國王於是請來阿基米德，為這頂王冠進行檢定。
由於不能毀壞王冠，阿基米德冥想多日，卻無計可施。一天，他在家洗澡，當他跳進澡盆時，看到水往外溢，這刻的他突然靈機一觸，想到可以用測定固體在水中排水量的辦法，來確定金冠的比重。他興奮地跳出澡盆，連衣服都顧不得穿上就跑了出去，大聲喊著「「尤里卡，尤里卡！」（希臘語:εύρηκα，意即「發現了」）」
阿基米德來到了王宮，把王冠和同等重量的純金，放在兩個水盆中，比較兩盆溢出來的水，發現放王冠的盆中溢出來的水比另一盆多。這就說明王冠的體積，比相同重量的純金的體積大，即密度不相同，證明了王冠並非純金，揭露了金匠的欺君之罪。』
這次試驗的意義非常重大，阿基米德從中發現了浮力定律（阿基米德原理）：物體在液體中所獲得的浮力，等同於物體所排出液體時所受的重力，這發現影響後世至深，遠勝揭露金匠的舞弊。
對初學者來說，它的公式可能有點複雜，所以這次跳過深究阿基米德原理的公式，以再簡單一點的方式來分享一下今天的主角”浮力先生”是個怎樣的人，往後對公式計算有興趣的，再去了解也不遲。
浮力是一種很微妙的東西，它是既固定的存在，但也是可以任意改變的一種物理現象，而這關建的是「密度」這個神奇東西，物件在水中是上浮還是下沉，關乎的就是它所帶的密度有多少。
什麼是密度？！可以想像成一個錢罐在海裡的模樣，當錢罐裡的硬幣越多，硬幣佔有罐子的空間就越多，重量就越重，浮力便越低。反之當錢罐裡的硬幣越少，硬幣佔有罐子的空間就越少，重量就越輕，浮力便越高，而密度就是指「罐裡硬幣的多少」的意思。
什麼東西都有密度的存在，比如你的頭髮、你的指甲、你的血液，你身體裡的空氣等，它們都有自己的密度，也就是說它們都有代表自己的浮力值。
正浮力、中性浮力、負浮力
「浮力」的分類有三種：「正浮力 Positive buoyancy」、「中性浮力 Neutral buoyancy」和「負浮力 Negative buoyancy」。
三種代表的，正正就是當密度在水中改變時，所產生的上升或者下沉動向，了解三種浮力的含意，有助製定浮力控制。
首先要知道水的密度不會因為深度而改變，會隨著深度改變密度的而是我們的肉體和裝備。
- 正浮力：物體密度低於水的密度，物體向上浮。
- 中性浮力：物體密度與水的密度相若，物體不上浮，也不下沉。
- 負浮力：物體密度高於水的密度，物體向下沉。
來個下潛例子：
- 如果在下潛的頭-9米，一旦身體不動了就會浮回水面上，那身體在這-9米以內就是處於正浮力。
- 如果下潛到-10米，即使身體不動了，身體也不會上浮或下沉，並靜止在水中，那麼身體在-10米就是處於中性浮力。
- 而當潛到-11米，身體還是不動，但身體會慢慢繼續往水下沉去，那麼身體在-11米或以外，就是處於負浮力。
原因是：在水越深的地方，大氣壓力越大，當持續下潛，身體裡的空氣會因為大氣壓的持續增加而不斷被壓縮，空間經過壓縮後，空氣密度便會相對提高，令浮力逐漸減少，隨著深度增加，正浮力慢慢轉為中性浮力，再轉為負浮力。
水中『大氣壓』與『氣體壓縮比例』對照表：
| 深度 | 大氣壓 | 氣體體積 | 氣體密度 |
|---|---|---|---|
|
0m |
1atm |
1 |
100% |
|
-10m |
2atm |
½ |
150% |
|
-20m |
3atm |
⅓ |
166.7% |
|
-30m |
4atm |
¼ |
175% |
|
-40m |
5atm |
⅕ |
180% |
|
-50m |
6atm |
⅙ |
183.3% |
|
-60m |
7atm |
⅐ |
185.7% |
|
-70m |
8atm |
⅛ |
187.5% |
|
-80m |
9atm |
⅑ |
188.9% |
|
-90m |
10atm |
⅒ |
190% |
～如此類推～
浮力調整
-內在調整
從以上的理論，如果我們現在裸體的趟在海面上保持不動，唯一控制身體浮沉的關鍵就是「身體內的密度」，當身體的整體密度大於水的的密度，我們就會浮在水面上，反之。所以只要改變體內的密度，我們也可以不費吹灰之力讓身體下沉，但身體裡那個部位的密度是我們最好控制的呢？沒錯，就是你的「肺」。
肺部就有如一個正浮力裝置，你填多少空氣進去，它就能為身體產生多少浮力，在水裡當肺部存有的空氣浮力高於身體重量，身體就會產生正浮力，在水中向上升；而當肺部存有的空氣浮力低於身體的重量，身體就會產生負浮力，在水中向下沉去。這意味只要透過改變吸氣量的多寡，就可以直接、快速的改變身體的浮力值。
初學者可以在平靜的水域驗證一下這個方法。垂直的浮在水上，在吸滿氣後讓身體保持不動，簡單測量一下自己下巴與水面的距離，然後緩慢的一直從嘴裡呼出空氣，再觀察身體的浮力變化，你會發現身體不斷下沉着，水慢慢蓋過你的嘴巴、鼻子、眼睛，然後頭頂也浸沒在水中，這就是控制肺裡空氣量所造成的浮力變化。
-外在調整
但我們總不能為了產生負浮力，而一直清空肺裡的空氣，因為這一來會影響我們在水下的停留時間，二來少了空氣支撐的肺部，會對水壓變得非常敏感和難以抵抗，容易造成肺擠壓傷。【不懂擠壓傷的看這】
所以假如今天不以控制肺部空氣作下潛，那可以怎麼把身體的浮力減低呢？唯一辦法就是增加身體的重量，只要讓重量大於肺裡的空氣浮力，那麼不用呼氣也能實現出負浮力的效果。也就是說為身體加上額外的配重，利用額外增加的重量來抵消身體的正浮力，令身體產生負浮力而下沉。
鉛塊，配戴鉛塊能瞬間改變身體的重量，以對抗不必要的浮力，是自潛者在控制外在浮力時最常用的工具。透過配重腰帶我們可以為身體繫上任意的鉛塊在腰間，但在調整配重時，建議以每0.5～1kg 來增加或減少，以避免浮力的變化過大，讓控制來不及適應而發生弱水意外。
自身浮力
如果有兩個等同重量的人，吸入同量的空氣後，卻出現不一樣的浮力表現，這裡又那裡出了問題呢？這沒有出什麼問題，這只是身體的自身浮力不同而己。因為除了氣體外，身體中還有兩位對浮力有相當大影響的大咖－「脂肪 Fat」和「肌肉 Muscle」。
先說說脂肪，水的密度為1g/cm3，脂肪的密度則約莫為0.9g/cm3，脂肪的密度比水的密度低，亦即是脂肪在水中時必然是正浮力的。當身體含有的脂肪組織越多，整體的浮力便越大。
而來到肌肉，水的密度繼續為1g/cm3，肌肉的密度約莫為1.06g/cm3，肌肉的密度比水的密度高，也就是說肌肉在水中必然是負浮力的。當身體含有的肌肉組織越多，整體的浮力便越小。
而每個人身體含有的脂肪和肌肉組織量都不一樣，這就可以解釋為什麼兩人即使同重量，在吸入同量的空氣下，卻有不一樣的浮力強度。值得留意的是，海水中的密度一般比淡水的密度略為高，約在1.02~1.07g/cm3之間，導致肌肉在泳池中呈現的是負浮力，但在海水中則可能變成中性、正浮力，或者仍然是負浮力，視乎海水含鹽量的多與少（鹽會改變水的密度），而在「死海」因為含鹽度極高，就令海水的密度高達1.3g/cm3，使每個在那裡下潛的人的整體浮力值都變得很大。
設定與控制中性浮力
對浮力有了基本認識和了解後，可以開始學習怎樣去應對它們來幫助下潛。
-設定中性浮力
深度練習：
要設定中性浮力前，理應先了解當天的下潛目的是什麼，如果是以練習深度為目的，建議中性浮力設定在水下15-20m之間，如果中性浮力設在過於深的位置，會使下潛時為擺脫更多正浮力而消耗過多體力，同樣理由，如果中性浮力設定於過淺的位置，會令上升時為擺脫更多的負浮力而消耗更多體力。但中性浮力沒有固定設置標準，你亦可以根據個人的練習需要而作出適當的變動，不過如果沒特別需要，建議設在水下15-20米，算 是一個較為安全的合理範圍。
休閒自潛：
而如果今天下潛是休閒玩樂為主，那麼把中性浮力設定在任何一個目標深度也屬合理，因為在該深度作停留是你最終的目的，比如要拍照、觀賞珊瑚或橫潛等，不過為安全建議，最好還是設定在不低於５米。
其實初學者一般休閒下潛的深度都比較淺水，約莫在-10米內，深度的大氣壓力徘徊在1-2atm之間，浮力的表現相對比較大，如果沒有概念要把中性浮力設在較為淺水的深度，那麼要停留在此深度活動，對初學者可能是一件非常困難的事，因為身體每分每秒都處於強大的正浮力當中，需要不斷踢腿調整，讓下潛變得由其吃力 。
控制中性浮力①｜減少浮力
要在水中即時調整到中性浮力，只有「内在浮力調整」能做到，但我們的肺不像 氣瓶潛水Scuba Diving 的BCD一樣，既能在水中充氣，亦能在水中放氣，因為在自由潛水中的我們並沒有「吸氣」這項選擇，只能以「呼氣」來調整中性浮力，換言之只可以在下潛時減少浮力，而不能增加浮力，引至中性浮力的深度在調整中只可向着越來越淺的方向移動。
而在水面上調整中性浮力，則可以利用「外在浮力調整」來幫忙。但同樣地，配重的增加只會減少浮力，亦即是中性浮力的深度在配重調整中，只能向越來越淺的方向，而不會越來越深。另外「外在浮力調整」難以在水中作調整，除非你願意在下潛中捨棄你的鉛塊，讓它直沉大海，不然一天手握着配重，一天都處於在負重的狀態下。【但在緊急情況時，就不要留戀了，當機立斷解下配重！】
既然都是同樣的功效，一些聰明的潛友或者已經立即聯想到兩者可以混合使用。沒有錯，如果運用配重，我們可以把中性浮力輕鬆的控制在某個深度，而不用減少過多肺中的氣量，只是這不能即時在水中調整；而調整肺中的空氣，可以即時在水中彈性調整和改變中性浮力的深度，只是這會影響身體可作氣體交換的氣量，也就是影響水下停留時間。
只有兩者同時配合，才可以做到互補長短，相副相成，透過不同的組合方式，可以創造出多個中性浮力深度，形成一個出色的「中性合作團隊」。
概念示意圖：
- 二素仔停留的深度是身體中性浮力的深度。
- 人頭裡的數字代表肺中有幾成空氣：4成、7成、8成、9成、10成。
- 腰間的配置為鉛塊：0塊、1塊、2塊。
圖中的比例緊作例子，並非實質數據。
控制中性浮力②｜增加浮力
上面的浮力調整都是向淺水方向調整，那要怎麼才能把中性浮力推深一點？！目前只有一個方法，穿厚一點的防寒衣。要把中性浮力設定在更深一點的位置，就要增加身體的浮力，但肺部的空氣容量有限制，吸飽吸滿氣後只能停止，否則推更多空氣入去只會傷及肺部組織，所以只可以在身體以外增加額外的浮力，而防寒衣普遍由橡膠製成，自帶浮力，能為身體提供一定的額外浮力，至於浮力增加的多少則視乎防寒衣的厚度，但拿捏的厚度需要有個限度，不然會因為防寒衣太厚或橡膠彈性過強而阻礙了胸腔的擴張，令可吸入的氣量受到影響，得不償失。
浮力的姿勢平衡
我已經掌握好中性浮力的調整，讓我可以停留在目標深度，但為什麼我在水中還是東歪西倒，不能保持水平？
那是因為你在水中的姿勢影響到「浮心」的平衡了。
-浮心
所謂浮心，在科學的解釋為：浮力的合力點。由於身體各部位的浮力都不一樣，對身體所佔的浮力比重也不一樣，而浮心就是當這些不同比重的浮力連接起來後，所產生浮力最大的位置。肺的浮力在全身佔的比重最大，所以身體在水中呈水平時，一般浮心會傾向在胸部／背部的位置，視乎你是仰臥還是俯臥。
但如果身體的某個部位浮力特別大，比如臀部（含脂肪組織較多），那麼浮力在比重的分散下，浮心則會向腰部的位置靠近多一點。
-重心
浮心還有個撘檔叫－「重心」，重心則是指：重量的合力點。同樣，身體各部位的重量都不一，對身體所佔的重量比例也就不一，重心就是指這些不同比重的重量連接起來後，所形成重量最大的位置。由於腿部的肌肉組織較為多，所以在水中水平時，一般人的重心都會在下身位置，但如果你是個健身人士，上身的肌肉較為多，那在比重分佈下，你的重心就會移到去較上身的位置。重心的向下力有多大就得看重量有多重來定。
如果對重心還是不太明白，可以把一支筆水平的放在一隻手指頭上，當筆頭和筆尾得到水平平衡時，手指所停留的位置就是重心。筆頭比較重時，手指頭就要移向筆頭更多才能讓筆頭和筆尾平衡，反之，把這樣的概念換成在水中發生，就是身體在水中的重心位置。
在水中的物理上，只有當「浮心」和「重心」垂直或重疊在同一個位置時，平衡才能完全形成，不過當它們非常接近時，你也已經能感受到足夠的「平衡」感覺，所以如果你在水中東歪西倒，就是在告訴你的「浮心」和「重心」分得太開了。
（*注：浮心是上浮的｜重心是下沉的）
而在一般的情況下，若然沒有刻意去改變浮心和重心，它們將會自動進行垂直重疊，身體會慢慢轉變為直立狀態（頭在水面方向，腳在水底方向）以達致平衡。（假設浮心在肺，重心在大腿）
改變浮心和重心
那麼要怎麼做才能把「浮心」和「重心」重疊呢？
答：把它「移動」就好了。
對於要把「浮心」移動，其實你已經會了，那就是前面提到的利用控制肺部的空氣來讓肺的浮力比重減低，從而令浮心改變。不過對比起移動浮心，移動「重心」可能是較多人選擇採用的方式，因為更為方便、快捷。
水中任何的動作都會改變身體的「重心」位置，即是一個輕微的抬頭動作，也已經可以把重心轉移，因為動作會改變身體位置的重量比重，令重心發生改變。欲把重心移向某一邊時，只要把手往該方向擺放就對了，因為手放在那，手的重量重就會聚集在那裡，重心就會越傾向重量比重增加的方向。
所以如果你在水中常出現「上身在上面，下身在下面」，身體難以保持水平橫游，可以嘗試把手放在胸前或頭前，以把重心帶回浮心附近，達到平衡需要。這種手擺放位置的姿勢，多見在水肺潛水員為平衡氣瓶所造成的重心方向傾向時做，不過自由潛者也常使用。
當然，配重配戴的位置也會把重心改變，例如一些自由潛水者會配戴頸鉛，目的是為了把重心移到頭部的位置，讓身體進行自由落體時的垂直狀態更為穩定。
但有些人不一定為了要重疊浮心和重心才移動它們，例如你要作躬身下潛，那麼把重心移在上身就有助頭部先行順暢入水，再而帶動下身下潛，而你的浮心和重心要移在那裡，全關乎你自己的個人下潛需要來決定，沒有一定，也沒有必定，因為這是「自由」潛水。
了解更多關於躬身下潛－看這《
作者 - Author
🇭🇰 JM CHEUNG
雙板滑雪教練 X 自由潛水教練 & 比賽裁判
NZSIA | AIDA & Molchanovs | AIDA
“享受雪地上的刺激；淘醉水面下的寧靜。”
冬天為「白雪」獻身，夏天為「大海」勞役。
